天线S11参数的理解

最近的项目要求测量天线的S11参数，之前也没有射频和天线的经验。百度查的资料大多是说S11体现的是传输线与天线的阻抗匹配关系，是传输线与天线接口处反射回的信号，与传输线的入射的信号之比，那岂不是与外界环境无关？可是有些资料是说S11参数是天线发射出的信号在物体表面反射回来后被天线接收，S11为天线接收信号与发射信号之比，那这就和物体对波的吸收能力有关。所以 .. JB <GV-l  
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daxiong225:非常感谢@八云    @dzyseu的回答，从你提出理想测量S11： MS`XhFPS.  
1. 环境无反射回天线的波； |
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2. 传输线与天线匹配良好。 -xVZm8y  
那我是否可以这么理解：S11本质就是衡量天线与激励源的阻抗匹配是否良好，反射波并不包括天线接收从周围反射回天线的波，因而与外界环境是否有无反射信号 .. (2015-01-09 16:50)  W P9PX  

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其实要做到环境无反射回来的波，在我这里并不困难，当然这与你天线的增益和相对其它散射体的位置以及姿态也是有关的。通常天线的S11不需要考虑环境散射，只需要考虑波在辐射出天线之前所产生的反射。如果你用矢量网络分析仪通过同轴电缆接天线，测到的S11包括了我前面提到的两部分反射。一般设计辐射天线都会追求其辐射效率，即提高源与天线的匹配性，降低不可避免的结构改变处的反射。

入射端口的s11=sqrt（反射回波能量/入射波能量），将天线理解为一个2端口器件，出口就是天线口面，那么反射回波与天线口面处外界环境有关。 7nPjeh  
一般用矢网测试S11，就是这个原理，其中入射波能量与反射波能量分别用1端口和2端口处内置的定向耦合器读出各自能量，再用上述公式计算即可。

这个问题其实很简单。 Qy) -gax:,  
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你只要认识两种情况就可以清晰的理解这个问题。 zB+zw\ncN  
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情况一： 波不通过传输线，直接在天线馈电处对天线进行激励， e{*z4q1  
                在仿真软件中，一般天线馈电处采用端口激励，此处认为端口已匹配好， h ?+vH{}j  
                若在该端口监测到反射波，那么这个反射波也不是由于该端口处没有匹配好造成的， <;NxmO<%\  
                而是在波传播方向上天线阻抗不匹配以及环境的反射所致。 V_T~5%9Fy  
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情况二： 波通过传输线，连接天线，通过激励传输线的端口，进而将波的能量通过传输线输送给天线， ?O/!pUAu  
                通过天线把波辐射出去。 >):>Pz%U  
                在这种情况里，可能出现两种反射， FX/f0C3CK  
                1. 传输线与第一种情况里的天线馈电处相连之处，若没做好阻抗匹配，这个环节有可能出现反射； u:\DqdlU`  
                2.  第一种情况里的天线自身的反射和环境反射依然在这里存在。 UFr5'T  
                故，情况二里的反射波由这两部分反射叠加而成。 iMp_1EXe  
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当然，一般传输线与天线的匹配不难做到，故当这两者相连处不存在反射时，那么情况二的反射就只剩下一种，此时情况二与情况一就是相同的了，即两者的S11此时相等。 Njs'v;-K  
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一般测试天线的S11，应该考虑的是理想情况： }yM!o`90  
1. 环境无反射回天线的波； 'zYx4&s  
2. 传输线与天线匹配良好。 rF . Oo0  
此时，可在暗室中用矢量网络分析仪测试该天线的S11。 D}bCMN<  
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当然，你也可以测试在有环境反射情况下的S11，一般而言会大于暗室中测得的结果。 4-q8:5  
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ImI,q:[67  

八云:这个问题其实很简单。
你只要认识两种情况就可以清晰的理解这个问题。
情况一： 波不通过传输线，直接在天线馈电处对天线进行激励， ZW0gd7Wh  
....... (2015-01-09 00:49)  ni$S@0  

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你说的两种情况，其实是类似的。 >uN)O-  
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你的第一种情况，激励源是默认设置为50欧姆阻抗Zs的，而天线端口的输入阻抗Zin通常不是50欧姆，因此总是有反射，S11不为0； RiX~YLeM  
你的第二种情况，只是在上面的Zs和Zin之间加了一段传输线；通常传输线也是50欧姆特征阻抗的，激励源接在传输线一头，传输线另一头接在天线端口上；对于激励源，这时的天线端口输入阻抗Zin要加一段传输线变换为Zin2，这里有一个S11（2）。这个S11（2）与第一种情况的S11幅度相等，相位不同。

dzyseu:你说的两种情况，其实是类似的。
你的第一种情况，激励源是默认设置为50欧姆阻抗Zs的，而天线端口的输入阻抗Zin通常不是50欧姆，因此总是有反射，S11不为0； (QPfrR=J4  
你的第二种情况，只是在上面的Zs和Zin之间加了一段传输线；通常传输线也是50欧姆特征阻抗的，激励源接在传输线一头，传 .. (2015-01-09 13:17)  = h _>OA  

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是的， f__r" N  
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我在上面其实也说了，情况二在匹配情况下与情况一是相同的，仅存在相位差。 : "|M  
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之所以这样分析，是为了让初学者在看到不同文献时，怎么统一起来思考，不同文献其实并不矛盾。

dzyseu:你说的两种情况，其实是类似的。
你的第一种情况，激励源是默认设置为50欧姆阻抗Zs的，而天线端口的输入阻抗Zin通常不是50欧姆，因此总是有反射，S11不为0； S >E|A%  
你的第二种情况，只是在上面的Zs和Zin之间加了一段传输线；通常传输线也是50欧姆特征阻抗的，激励源接在传输线一头，传 .. (2015-01-09 13:17) BUH~aV  

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另外，看你怎么定义天线的端口了， n5nV461U  
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其实这个也没什么必要非要将端口定义在某处，只是为了分析方便而已。 eY3l^Su1  
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比如垂直同轴线馈电的TEM喇叭天线， =5NM =K  
你可以用lump port端口来激励， deD%E-Ja  
也可以用waveport端口在同轴接口处激励。 p&B c<+3e  
就这两种激励而言，端口可以定义在不同的位置，自然也有不同的阻抗。 HK@LA3  
)_*<uSl  
换种说法就是，按波的传播路径来看，从什么位置开始定位为属于天线的结构，这本身就没有必要非要下个什么结论，只要说明要说明的问题即可，比如在波传播路径上存在哪些反射，是分布式的还是阶跃式的，如果是阻抗突变引起的反射，确定反射的大小和反射的位置，端口的S11只是笼统的反映在所定义的端口处的反射情况，当然，你也可以通过类似TDS方法来反推得到更丰富的信息。 Q.5C
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.C]V==z`[4  
不管怎样，你心里要清楚你要描述的这个模型和问题的每一个定义到底指的是什么，因为别人在说一个概念的时候，可能暗指了某些东西，但是在你的情况里，这些暗指的东西未必符合你的情况。这就是物理概念要清晰的必要性。 J. ]~J|K  

八云:是的，
我在上面其实也说了，情况二在匹配情况下与情况一是相同的，仅存在相位差。
....... (2015-01-09 14:01)  WNkAI9B  

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你是对的。 ZN)a}\]  
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除了“一般传输线与天线的匹配不难做到”，这句话可能有点问题。

dzyseu:你是对的。
除了“一般传输线与天线的匹配不难做到”，这句话可能有点问题。 (2015-01-09 14:23)  =tl[?6  

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正如你认为这个地方匹配不易做到，对于我设计的天线而言，我把同轴馈电作为天线的一部分来设计，所以对于我而言，这不易匹配的地方属于天线的一部分，而不属于天线和传输线的匹配。 W#|]m=2W  
N m-{$U  
这个定义的问题前面已经说过了，按你的定义，这个结论确实有问题，如果按我的定义，我的结论就没有问题了。其实说的东西都是同一个东西，这个东西从本质上来说是指传播波的模式发生变化时，所致的反射，这里说的模式是广义上的。

八云:这个问题其实很简单。
你只要认识两种情况就可以清晰的理解这个问题。
情况一： 波不通过传输线，直接在天线馈电处对天线进行激励， !798%T  
....... (2015-01-09 00:49)  3/:O8H  

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非常感谢@八云  @dzyseu的回答，从你提出理想测量S11： +%X_+9bd  
1. 环境无反射回天线的波； \8Mkb]QA  
2. 传输线与天线匹配良好。 [6 wI22  
那我是否可以这么理解：S11本质就是衡量天线与激励源的阻抗匹配是否良好，反射波并不包括天线接收从周围反射回天线的波，因而与外界环境是否有无反射信号无关。只是由于现实不可能达到这种理想的测量环境，所以测量的S11值会比理论值大呢？